JP2016162179A - スピンドルのオーバヒートを回避する数値制御装置 - Google Patents

スピンドルのオーバヒートを回避する数値制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】主軸の連続定格出力を超えて加工を行う場合において、オーバヒートアラームが発生する前の適切なブロックで運転を自動的に停止する数値制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の数値制御装置は、現在制御しているモータの出力が連続定格出力を超えた場合、該モータがオーバヒートに達するまでの加工継続可能時間を推定すると共に、現在実行中の指令ブロック以降の指令ブロックについて、それぞれの指令ブロックの実行時間と加工継続可能時間を予測し、これら予測したデータに基づいて、モータがオーバヒートに達する指令ブロックであるアラーム発生ブロックと、現在実行中の指令ブロックからモータがオーバヒートに達する指令ブロックまでの間の指令ブロックの範囲で運転制御を安全に停止できる指令ブロックである停止ブロックを特定し、これら特定したブロックを表示装置に表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特にスピンドルモータの連続定格出力を超えて主軸を使用する場合に適切なブロックで運転を自動的に停止する数値制御装置に関する。
従来、スピンドルモータの連続定格出力を超えて主軸を使用した場合、モータ温度、電流値、負荷データ等をもとに、その切削条件で加工を継続できる時間（加工継続可能時間）を推定して画面上に表示する（図４）。この加工継続可能時間を超過して主軸を使用した場合、オーバヒートアラームを発生させて運転を停止する。
特開平０８−１６１０２２号公報
オーバヒートアラームの発生により切削の途中で運転が停止してしまうと加工面に傷がつくなど問題があるため、加工中に連続定格出力を超えた場合、オペレータは加工継続可能時間内にプログラムを最後まで実行できるかどうか判断し、途中までしか実行できないと判断した場合は、加工に影響の無いブロックで運転を停止する必要がある。しかしながら、加工継続可能時間内にどのブロックまで加工できるのか分からないため、停止するブロックを判断するのは難しい。
そこで本発明の目的は、スピンドルモータの連続定格出力を超えて主軸を使用する場合において、オーバヒートアラームが発生する前の適切なブロックで運転を自動的に停止する数値制御装置を提供することである。
本願の請求項１に係る発明は、加工プログラムに基づいて工作機械が備えたモータを運転制御する数値制御装置において、前記モータの出力が該モータの連続定格出力を超えた場合、該モータの出力が続いた時に該モータがオーバヒートに達するまでの加工継続可能時間を推定して出力する加工継続可能時間推定部と、前記加工プログラムに含まれる指令ブロックを実行して前記工作機械の運転制御を行うと共に、前記加工継続可能時間推定部が前記加工継続可能時間を出力した時点において実行中の前記指令ブロック以降の指令ブロックを出力するプログラム運転部と、前記プログラム運転部が出力したそれぞれの指令ブロックの実行時間を予測する加工時間予測部と、前記加工時間予測部が予測した前記それぞれの指令ブロックの実行時間に基づいて、前記それぞれの指令ブロックにおける加工継続可能時間を予測する加工継続可能時間予測部と、前記加工継続可能時間予測部が予測した前記それぞれの指令ブロックにおける加工継続可能時間に基づいて、前記モータがオーバヒートに達する指令ブロックであるアラーム発生ブロックを特定するアラーム発生ブロック特定部と、前記加工継続可能時間推定部が前記加工継続可能時間を出力した時点において実行中の前記指令ブロック以降の指令ブロックであって、前記アラーム発生ブロック特定部が特定した前記モータがオーバヒートに達する指令ブロック以前の指令ブロックの内、前記運転制御を安全に停止できる指令ブロックである停止ブロックを特定する停止ブロック特定部と、少なくとも前記アラーム発生ブロックと前記停止ブロックを表示する表示部と、を備え、前記プログラム運転部は、前記停止ブロック特定部が特定した前記停止ブロックにおいて前記加工プログラムに基づく運転制御を停止する、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。
本発明により、加工継続可能時間内において運転時間を最長とするブロックで運転を安全に停止することにより、オーバヒートアラームにより切削の途中で運転が停止してしまうことを回避し、加工品質の低下を防ぐことができる。
本発明の一実施形態における数値制御装置の機能ブロック図である。 本発明における経過時間と加工継続可能時間の回復量の関係図の例である。 本発明の一実施形態における数値制御装置において、停止ブロックを予測する手順の具体例を示す図である。 従来技術におけるスピンドルモータの連続定格出力を超えて主軸を使用した場合の加工継続可能時間の推定表示の例である。
本発明では、主軸の連続定格出力を超えて加工を行う場合、オーバヒートアラームが発生するブロックを予測し、そのブロックに到達する前に停止可能なブロックを検出して運転を自動的に停止する数値制御装置を提供する。
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
本発明の数値制御装置は、以下の方法により上記課題を解決する。
本発明の数値制御装置による運転中に、制御対象となるスピンドルモータの出力が連続定格出力を超えた場合、バックグラウンドで現在実行中のブロックから先のブロックに対して加工時間予測を実行し、各ブロックの実行時間を求める。各ブロックの実行時間と切削条件から加工継続可能時間の増減時間を予測し、加工継続可能時間が０になりオーバヒートアラームが発生すると考えられるブロックを検出する。そして、そのブロックから遡って、非切削ブロック（早送りブロック、補助機能など）を検出し、そのブロックにおいて運転を停止する。
また、運転を停止するブロックが特定された後においても、運転中に切削負荷の変動により加工継続可能時間が変化した場合には、再度、アラームの発生するブロックおよび停止可能な非切削ブロックを検出する。また、運転中に加工時間に影響のあるパラメータや信号などが変更された場合、再度、加工時間予測を実行し、アラームの発生するブロックおよび停止可能な非切削ブロックを検出する。
そして、上記手順により検出された、（１）アラームの発生するブロック、（２）停止可能な非切削ブロック、をプログラム画面上に強調表示してオペレータに通知する。
図１は、上記手順により課題を解決する本発明の一実施形態における数値制御装置の機能ブロック図である。本発明の数値制御装置１は、加工継続可能時間推定部１０、プログラム運転部１１、加工時間予測部１２、加工継続可能時間予測部１３、アラーム発生ブロック特定部１４、停止ブロック特定部１５、表示装置１６を備える。
加工継続可能時間推定部１０は、スピンドルモータの出力を監視し、スピンドルモータの出力が連続定格出力を超えた場合、該出力が続いた場合にスピンドルモータがオーバヒートするまでの時間を推定し、後述するプログラム運転部１１に対して、該推定した加工継続可能時間と、停止可能ブロック検出に係る一連の処理を開始する指令を出力する。なお、スピンドルモータの出力の監視については、モータの負荷電流などを検出する一般的な手法を用いることが可能であり、また、スピンドルモータがオーバヒートするまでの時間の推定処理については、上述した特許文献１などに開示される公知の手法を用いればよいので、本明細書での説明は省略する。
また、加工継続可能時間推定部１０は、停止可能ブロックの検出が実行され、プログラム運転部１１が運転停止予定の状態にある場合においても、切削負荷の変動により加工継続可能時間が変化した場合や、加工時間に影響のあるパラメータや信号などが変更された場合には、再度、加工継続可能時間を予測し、停止可能ブロック検出に係る一連の処理を開始するよう指令を出力する。
プログラム運転部１１は、メモリなどに記憶された加工プログラム２０を読出して解析し、解析結果に基づいてアンプに対して指令を出力し、制御対象となる工作機械が備えたスピンドルモータを運転制御する。また、加工継続可能時間推定部１０から停止可能ブロック検出に係る一連の処理を開始する指令を受けた場合、後述する加工時間予測部１２に対して、加工運転停止の予測に係る処理を開始するよう指令すると共に、残りの加工継続可能時間と、加工プログラム２０の中から現在実行中のブロック以降の加工プログラムの指令ブロックを通知する。
加工時間予測部１２は、プログラム運転部１１からの指令を受けて、現在運転中のブロック以降の加工プログラムの各指令ブロックの実行時間を予測する。ここでいう実行時間とは、当該指令ブロックによる指令に基づいた運転動作における数値制御装置１上の処理、および工作機械上の動作が完了するまでの時間を意味する。
加工時間予測部１２による指令ブロックの実行時間予測処理は、過去に実測した加工時間の記録を用いた予測手法や、加工シミュレーションによる予測手法など、所定以上の速さと精度で指令ブロックの実行時間を予測できる手法であればどのような手法により予測してもよく、例えば特開２０１４−０３８４８２号公報、特開２０１２−０９３９７５号公報などで公知となっている手法を用いてもよい。
加工継続可能時間予測部１３は、加工時間予測部１２が予測した各指令ブロックの実行時間に基づいて、それぞれの指令ブロックを実行した結果として加工継続可能時間がどれだけ増減するかを予測する。そして、予測した加工継続可能時間の増減値を現在実行している指令ブロックから順に残りの加工継続可能時間に対して加算または減算することにより、各指令ブロック実行開始時における残りの加工継続可能時間を予測する。加工継続可能時間の増減を算出する方法は、それぞれの指令ブロックが切削ブロックであるか、非切削ブロックであるかにより異なる。
指令ブロックが切削ブロックである場合、現在の状況と同様にスピンドルモータの出力が連続定格出力を超過した状況でワークに対する切削加工が行われると仮定し、加工継続可能時間の減少量を算出する。減少量の算出においては、指令ブロックで指令される切削の種類や条件（送り速度、主軸回転数など）など負荷のレベルに応じて定めた負荷定数を用いる。
負荷定数は、切削指令のコード、送り速度、主軸回転数などの切削の種類や条件により定まる負荷のレベルに応じて定まる定数であり、負荷のレベルが大きくなるほど大きな値を取る。負荷定数は、所定の基準を設けたうえで予め実験などにより求めておき、切削指令のコード、送り速度、主軸回転数などの切削の種類や条件毎に負荷情報回復時間データ２１に記憶しておく。
加工継続可能時間予測部１３は、現在実行中のブロック以降の加工プログラムの指令ブロックのうち、切削加工を指令する指令ブロックのそれぞれについて、該指令ブロックで指令される加工の切削の種類や条件に基づいて負荷情報回復時間データ２１から該指令ブロックの負荷定数を取得して付与する。そして、以下に例示する数１式を用いて各ブロックにおける加工継続可能時間の減少量を予測する。
一方で、指令ブロックが非切削ブロックである場合、スピンドルモータに対して切削負荷が発生しないため、該指令ブロックの実行中は加工継続可能時間が増加（回復）する。そこで、切削負荷が発生しない非切削ブロックについては、経過時間と加工継続可能時間の回復量との関係を予め実験などにより求めておいて負荷情報回復時間データ２１に記憶しておき、その関係に基づいて各ブロックにおける加工継続可能時間の増加量を予測する。
図２は、非切削ブロックにおける加工継続可能時間の回復量の算出方法の一例を説明する図である。図において、横軸はオーバヒートアラームが発生してから切削負荷の無い状態でスピンドルモータを放置した場合の経過時間、縦軸は基準とする負荷レベル（基準負荷レベル）における加工継続可能時間の回復量を示しており、実線で描画された曲線は、経過時間と加工継続可能時間の回復量の関係を示すグラフである。非切削ブロックの実行による回復量の算出においては、当該非切削ブロック実行開始時における残りの加工継続可能時間を基準負荷レベルにおける加工継続可能時間に換算して、加工継続可能時間の回復量軸における基準値を算出する。次に、経過時間軸において実行時間分の時間が経過した際の加工継続可能時間をグラフから求め、該基準値からの増加量を求める。そして、該増加量を元の負荷レベルにおける加工継続可能時間に換算した時間を回復量として求めることができる。これら関係グラフと負荷レベルに応じた加工継続可能時間の換算定数を予め実験などにより求め、負荷情報回復時間データ２１に記憶しておくことで非切削ブロック実行時の加工継続可能時間の回復量を算出することができる。
アラーム発生ブロック特定部１４は、加工継続可能時間予測部１３が予測した各指令ブロック実行開始時における残りの加工継続可能時間を参照し、加工継続可能時間が０以下になる指令ブロック、即ちオーバヒートアラームが発生する指令ブロックを検出する。
停止ブロック特定部１５は、アラーム発生ブロック特定部１４が検出したオーバヒートアラームが発生する指令ブロックから指令ブロックの実行順を遡り、早送りブロックなどの非切削ブロックを検出し、該ブロックを停止ブロックとして表示装置１６に表示すると共に、プログラム運転部１１に対して検出された停止ブロックにおいて運転を停止するように指令する。
なお、停止ブロック特定部１５が、停止ブロックから現時点で実行している指令ブロックまでの間に、安全に停止できるブロックを検出できなかった場合には、その旨表示装置１６に対して警告表示するようにしてもよい。
図３は、本発明の数値制御装置１において、オーバヒートアラームが発生する前に停止可能なブロックを検出する処理の具体例を説明する図である。図において手順＜１＞は加工継続可能時間推定部１０、手順＜２＞は加工時間予測部１２、手順＜３＞＜４＞は加工継続可能時間予測部１３、手順＜５＞はアラーム発生ブロック特定部１４、手順＜６＞は停止ブロック特定部１５が実行している。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
１ 数値制御装置
１０ 加工継続可能時間推定部
１１ プログラム運転部
１２ 加工時間予測部
１３ 加工継続可能時間予測部
１４ アラーム発生ブロック特定部
１５ 停止ブロック特定部
１６ 表示装置
２０ 加工プログラム
２１ 負荷情報回復時間データ

Claims (1)

  1. 加工プログラムに基づいて工作機械が備えたモータを運転制御する数値制御装置において、
    前記モータの出力が該モータの連続定格出力を超えた場合、該モータの出力が続いた時に該モータがオーバヒートに達するまでの加工継続可能時間を推定して出力する加工継続可能時間推定部と、
    前記加工プログラムに含まれる指令ブロックを実行して前記工作機械の運転制御を行うと共に、前記加工継続可能時間推定部が前記加工継続可能時間を出力した時点において実行中の前記指令ブロック以降の指令ブロックを出力するプログラム運転部と、
    前記プログラム運転部が出力したそれぞれの指令ブロックの実行時間を予測する加工時間予測部と、
    前記加工時間予測部が予測した前記それぞれの指令ブロックの実行時間に基づいて、前記それぞれの指令ブロックにおける加工継続可能時間を予測する加工継続可能時間予測部と、
    前記加工継続可能時間予測部が予測した前記それぞれの指令ブロックにおける加工継続可能時間に基づいて、前記モータがオーバヒートに達する指令ブロックであるアラーム発生ブロックを特定するアラーム発生ブロック特定部と、
    前記加工継続可能時間推定部が前記加工継続可能時間を出力した時点において実行中の前記指令ブロック以降の指令ブロックであって、前記アラーム発生ブロック特定部が特定した前記モータがオーバヒートに達する指令ブロック以前の指令ブロックの内、前記運転制御を安全に停止できる指令ブロックである停止ブロックを特定する停止ブロック特定部と、
    少なくとも前記アラーム発生ブロックと前記停止ブロックを表示する表示部と、を備え、
    前記プログラム運転部は、前記停止ブロック特定部が特定した前記停止ブロックにおいて前記加工プログラムに基づく運転制御を停止する、
    を備えたことを特徴とする数値制御装置。
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